冰机制冷原理讲解

49
节流设备
通过节流，使液态制冷剂由高压变为低压。
常见的节流设备包括：
• 热力膨胀阀 • 浮球阀 • 孔板 • 电子膨胀阀
50
蒸发器的分类
满液式蒸发器 直膨式蒸发器
配独立气液分离器 的双壳式蒸发器
Kettle 蒸发器 气液分离器内置式
半管束式蒸发 器
热虹吸式蒸发器
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满液式蒸发器
配独立气液分类器的双桶式蒸发器
焓 hB hC
33
制冷循环分析—3.制冷剂在冷凝器中的等压冷凝过程
压力
制冷剂把热量传给冷却 水，自身能量降低，体 现为焓值由hC降到Hd.
D
C 制冷剂进入冷凝器的状态
点为C点，离开冷凝器的状
态点为D点。
A
B
wenku.baidu.com
hD
hC 焓
34
制冷循环分析—4. 制冷剂在节流装置中的等焓过程
节流过程－等焓过程：
压力
节流装置
末端设备
29
制冷循环分析—1.制冷剂在蒸发器中的蒸发过程
压力
蒸发器中的蒸发过程 —— 等压蒸发
A 焓
制冷剂进入蒸发器： A点
30
制冷循环分析—1.制冷剂在蒸发器中的等压蒸发过程
压力
蒸发器中的蒸发过程 —— 等压蒸发
A 焓
制冷剂从工艺介质吸收热量
31
制冷循环分析—1.制冷剂在蒸发器中的等压蒸发过程
压力 4
1 1’
• 吸气比容增大，制冷剂 质量流量减小。
3 3’
• 单位质量制冷剂制冷效 果降低（由原来的2-1降 为2’-1’）。
2
2’ 焓
• 压缩功增大（由原来的 3-2，增大到3’-2’ ）。
• COP值降低。
43
五. 制冷系统常见组件
• 压缩机 • 冷凝器 • 节流装置 • 蒸发器
44
制冷压缩机的主要类型
标准大气压
100℃
14
饱和态（气液混合态）
标准大气压
举例: 在一个标准大气压下，水 的饱和温度（沸点）为100℃ 。
100℃
15
升高饱和温度的方法——升高系统压力
举例：高压锅通过加热密封锅 体使锅内压力升高。此时与该 压力对应的饱和温度也升高。 水的饱和温度（沸点）升高意 味着水在100℃仍为过冷液体 态。
B
单位质量制冷剂所具有的能
量）不变。
• 经过节流，制冷剂压力降
焓
低，含气量增加，温度降低
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制冷循环
压力
冷凝器
制冷剂向冷却水释放热量
节流装置
蒸发器
制冷剂从工艺介质吸收热量
焓 36
制冷循环分析—能量分析
压力 ③
冷凝器
D
节流装置
C
压缩机
蒸发器
A ①
B ②
h1
h2 h3
单位制冷剂从工艺介质吸收的热量 单位制冷剂吸收的压缩功 单位制冷剂向冷却水释放的热量
蒸发
压缩
焓
39
1. 供液过冷对制冷效果的影响
压力 过冷度
21
冷凝
A’ A
过冷度（℃）：T1－T2
过冷对制冷效果的影响：
1. 提高制冷量：B－A’ > B－A
2. 减少制冷剂在节流元件处产生的
B
闪发气体（由于压力降低而导致
的小部分制冷剂蒸发），避免“
气蚀”对节流装置的影响。
焓
40
2. 吸气过热对制冷效果的影响 过热
0.28 0.29
等熵线
等熵线：向右上 方倾斜的曲线
26
压 - 焓图——等容线 压力
焓
等容线：向右上 方倾斜的曲线， 斜率比等熵线平 坦。
2.0
3.0 等容线
27
压 - 焓图（R22）
28
三. 利用压焓图分析制冷循环
制冷剂的 制冷循环
压缩机
冷却塔
冷却水
冷凝器
截流元件
蒸发器
冷冻（盐）水 或工艺介质
Temperature
℃
℃ or F
F
-28.9
-20
-4.0
-28.3
-19
-2.2
-27.8
-18
-0.4
: F转化为℃ : ℃转化为F
5
华氏温度和摄氏温度的转换 ℉=℃×1.8+32 ℃=(℉-32)/1.8
△℃＝ △ ℉ / 1.8
6
压力
绝对压力
海平面上1大气压： 101325 Pa 14.7 psia 1 Bar 760 mm Hg
饱和温度/压力表的使用 红色：真空度（in.Hg） 黑色：表压力（psig）
试查表得出R22在4℃和40℃时的饱和压力（pa）
19
二. 压 - 焓图
20
二. 压 - 焓图
压力
此图针对单位质量制冷剂
单位质量制冷剂 所具有的能量 (kJ/kg)
焓
21
二. 压 - 焓图
压力
临界点:无气液共存现象
气液混合
7
表压（相对压力）和真空度
表压= 绝对压力 －大气压力 真空度= 大气压力 － 绝对压力
8
热量
热量：物质含有热能的量度。 单位：焦耳。
热量传递的两种形式： 显然传热 潜热传热
9
显热
显热：物质不发生相变，仅由于温度改 变而吸收/放出的热量。
比热：单位质量物质升高单位温度所需 的热量（kj / kg℃）。
学习与发展部
客户培训
吉林 2006.09.12
1
制冷原理
2
培训目标： 一. 基本热力学术语 二. 压焓图 三. 利用压焓图分析制冷循环 四. 影响制冷效果的因素 五. 了解制冷系统常见组件及其工作原理
3
一. 基本热力学术语
• 温度 • 压力 • 热量 • 饱和温度 • 饱和压力
4
华氏温度和摄氏温度的转换
•热力膨胀阀
D
•固定孔板
•可变孔板
A
• 液态制冷剂经过节流设 备时压力降低，压力降低会 导致很小一部分液态制冷剂 蒸发，蒸发的制冷剂吸收气 化潜热由液态变为气态，焓 值增加，未蒸发的制冷剂为
C 蒸发部分的制冷剂提供了能
量，温度降低，焓值降低。
• 就整个制冷剂而言，在
节流过程中蒸发的能量来自
制冷剂本身，制冷剂焓值（
容积型
往复式（活塞式） 涡旋式
压缩机
回转式 螺杆式
滚动转子式 离心式
速度型
轴流式
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制冷压缩机的工作方式
两种类型压缩机的工作方式：
容积型压缩机：通过缩小置于密闭空间中蒸气 的体积，提高蒸气压力的压缩机。也称为正压置 换式压缩机。
速度型压缩机：首先通过离心等方式提高制冷 蒸气的运动速度（提高动能/动压），其次再将速 度（动能/动压）转化为蒸气压力（势能/静压） ，最终实现提高蒸气压力的功能。
焓
22
二. 压 - 焓图
压力
100% 液体
焓
23
二. 压 - 焓图
压力
100% 气体
焓
24
压 - 焓图——等温线
压力
90℃
60℃
A
40℃
B
CD
等温线：过冷液 体区为垂直线， 两相区为水平线， 过热区几乎为垂 线。
思考：A,B,C,D 四点温度谁高， 谁低？
焓
25
压 - 焓图——等熵线 压力
焓
水沸腾 3 psig 230 F
16
降低饱和温度的方法——降低系统压力
真空泵
举例：真空泵将 空气抽出容器。 使容器内压力下 降。此时与该压 力对应的饱和温 度低于100℃，这 意味水不到100℃ 就能烧开。
水沸腾 真空度 29.67” 40 F
17
不同制冷剂饱和温度-饱和压力对应表
18
饱和温度、饱和压力
压力
制冷效果
A
B
焓
蒸发器中的蒸发过程 —— 等压蒸发
制冷量?
制冷剂离开蒸发器： B点
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制冷循环分析—2. 制冷剂在压缩机内的等熵压缩过程
压力 A
制冷剂在压缩机 内沿等熵线压缩
C 等熵压缩：
理想的可逆压缩过程
，没有能量损失，压
缩机的压缩功完全转
换为制冷剂的能量（
B
体现为制冷剂的焓值 从hB增加到hC）。
压力 4’
4
3’
• 吸气比容不变(2点)，制冷 剂质量流量不变。
3
• 单位质量制冷剂制冷效果
减小（由2-1减小到2-1’）。
1 1’
2
• 消耗的压缩功率增大（由 3-2增加到3’-2）
• COP 值降低
焓
42
4. 蒸发温度降低对制冷效果的影响：
制冷循环由原来的1-2-3-4, 变为1’-2’-3’-4
水 水的比热： 1卡/ 克℃ ＝4.2 kj / kg℃＝1Btu/lb. ºF
加 热
10
潜热
潜热：由于物质发生相变，而传递的热量。 气化潜热量：单位质量液体蒸发成气体时所
吸收的热量。 冷凝潜热量：单位质量气体冷凝成液体时所
释放的热量。 举例： 在24小时内，将1吨(2000磅)0℃的冰融化成
0℃的水，所吸收的热量为1冷吨（3.516 kw）。
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冷凝器的分类 根据冷却介质的不同，冷凝器可以分为以下几类：
风冷冷凝器
管壳式冷凝器
水冷冷凝器
套管式冷凝器
蒸发式冷凝器
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水冷冷凝器—— 管壳式
中间支撑板
水冷-冷凝器 壳管式
过冷器
管内走水
冷却水
冷却塔
85°
空气湿 球温度 28℃
冷却水 进水温
度 32℃
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蒸发冷却式冷凝器
风机
挡液板
冷凝盘 管
喷水管
＋＝
制冷系数（COP）＝ 目的 代价
制冷能力 ＝ 单位制冷剂压缩功
①
＝
＝
②
h2－h1 h3－h2
焓(h)
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四. 影响制冷效果的因素
• 供液过冷（过冷度） • 吸气过热（过热度） • 蒸发压力及冷凝压力对制冷效果的影响
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1. 供液过冷对制冷效果的影响
压力 节流装置
没有过冷
冷凝
过冷度＝对应的饱 和温度－离开冷凝 器的制冷剂温度
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直接膨胀式（DX式）蒸发器
低压过热蒸汽冷剂
管板
冷剂分隔板 端盖
端盖
冷剂分隔板 低压低温制冷剂液体
壳体 铜管和镀锌钢板折流板 冷冻水进口 (12°C)
冷冻水出口 (7°C)
强化传热铜管
56
热虹吸式蒸发器
57
58
11
液态－气态相变过程中，物质的三种状态：
过冷态（纯液态） —— 显热传热 饱和态（气液混合态） —— 潜热传热 过热态（纯气态） —— 显热传热
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大气
过冷态（纯液态）
水
过冷
液体
加热
13
饱和态（气液混合态）：某种物 质当其处于气液状态共存时，称 这种物质处于饱和态。
当物质处于饱和态时，若压力维 持不变，则温度也恒定不变，温 度和压力之间存在一一对应的关 系，我们称该温度（压力）为该 压力（温度）对应的饱和温度 （压力）。
气态制冷剂出口
独立的气液分离 器
冷冻水出口
液态制冷 剂入口
冷冻水入口
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满液式蒸发器
配有内置式气液分离空间的 Kettle 蒸发器
气态制冷剂出口
内置的气液分离空 间
冷冻水出口
液态制冷 剂入口
冷冻水入口
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满液式蒸发器 满液式半管束蒸发器
挡液板
挡液板
制冷剂在管外侧 冷冻水在管内侧
冷冻水
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直接膨胀式（DX式）蒸发器 可过热的直接膨胀式（DX式）蒸发 器
压力
• 在蒸发器中发生（干式蒸发器），称 为有效过热。
• 在吸气管道中产生，称为无效过热。
无效过热时：
• 单位质量功耗增大
• 单位制冷量(制冷效果)不变
焓
• 冷凝器单位热负荷增大 • 吸气比容增大，制冷剂质量流量下降
• 制冷效果下降
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3. 冷凝温度升高对制冷效果的影响：
制冷循环由原来的1-2-3-4, 变为1’-2-3’-4’